第一篇：基因工程在廢水處理中的應(yīng)用與展望

基因工程在廢水處理中的應(yīng)用狀況及展望

摘要：本文對現(xiàn)代基因工程技術(shù)在污水生物處理系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了概述, 利用基因工程技術(shù)提高微生物凈化環(huán)境的能力是用于廢水治理的一項關(guān)鍵技術(shù)。筆者就基因工程技術(shù)的原理、研究內(nèi)容和在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了闡述了，并對其研究方向作了展望。

關(guān)鍵字：基因工程，污水處理，應(yīng)用

The application status of gene engineering technique to wastewater

treatment and its prospects

Abstract: The application of gene engineering technique in wastewater treatment process had been discussed in this paper, and gene engineering technique was the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The author formulated the principle, main research content of gene engineering technique, and the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering, wastewater treatment, application

生物法處理生活污水如今已被廣泛的應(yīng)用，但揭示污水中復(fù)雜微生態(tài)系統(tǒng)方面存在很大的局限性，并且有些特殊污水用自然界中自然進化的微生物難于降解，基因工程的引進開辟了培育高降解能力的新品菌種方法，利用基因工程技術(shù)檢測微生物性狀、提高微生物凈化環(huán)境的能力是用于廢水治理的一項關(guān)鍵技術(shù)?；蚬こ痰亩x

基因工程（genetic engineering）是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達的設(shè)計與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）；而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細胞或基因工程生物體的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程?；蚬こ淌抢弥亟M技術(shù)，在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對各種生物的核酸（基因）進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入微生物或真核細胞內(nèi)，使重組基因在細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類需要的基因產(chǎn)物，或者改造、創(chuàng)造新特性的生物類型。

一個完整的、用于生產(chǎn)目的的基因工程技術(shù)程序包括的基本內(nèi)容有：（1）外源目標基因的分離、克隆以及目標基因的結(jié)構(gòu)與功能研究。這一部分的工作是整個基因工程的基礎(chǔ)，因此又稱為基因工程的上游部分。（2）適合轉(zhuǎn)移、表達載體的構(gòu)建或目標基因的表達調(diào)控結(jié)構(gòu)重組。（3）外源基因的導(dǎo)入。（4）外源基因在宿主基因組上的整合、表達及檢測與轉(zhuǎn)基因生物的篩選。（5）外源基因表達產(chǎn)物的生理功能的核實。（6）轉(zhuǎn)基因新品系的選育和建立，以及轉(zhuǎn)基因新品系的效益分析。（7）生態(tài)與進化安全保障機制的建立。（8）消費安全評價?；蚬こ碳夹g(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

環(huán)境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關(guān)注的問題。尤其是在污水處理方面，生物法逐漸成為廢水處理的主要方法。但是由于廢水的多樣性及其成分的復(fù)雜性，自然進化的微生物降解污染物的酶活性往往有限。20世紀90年代后期問世的DNA改組技術(shù)可以創(chuàng)新基因，并賦予表達產(chǎn)物以新的功能，創(chuàng)造出全新的微生物，就可以定向獲得具有特殊降解性狀的高效菌株，方便有效地應(yīng)用于水污染處理。因此，構(gòu)建基因工程菌成為現(xiàn)代廢水處理技術(shù)的一個重要研究方向，且日益受到人們的重視。

2.1 基因工程技術(shù)在污水檢測中的應(yīng)用

2.1.1 聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)在污水檢測中的應(yīng)用

聚合酶鏈式反應(yīng)(Polymerase Chain Reaction)是20世紀80年代后期由K.Mullis等建立的一種體外酶促擴增特異DNA片段的技術(shù)，PCR是利用針對目的基因所設(shè)計的一對特異寡核苷酸引物，以目的基因為模板進行的DNA體外合成反應(yīng)。由于反應(yīng)循環(huán)可進行一定次數(shù)(通常為25~30個循環(huán))，所以在短時間內(nèi)即可擴增獲得大量目的基因。這種技術(shù)具有靈敏度高、特異性強、操作簡便等特點。PCR技術(shù)的基礎(chǔ)是只有在微生物特定核酸存在的條件下，重復(fù)性酶促DNA合成和擴增才能夠發(fā)生。PCR擴增產(chǎn)物可通過瓊脂糖凝膠電泳來檢驗和純化，也可以被用來克隆、轉(zhuǎn)化和測序.在具體應(yīng)用中往往采用經(jīng)過修正的或與其它技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的PCR衍生技術(shù)，如RT-PCR、競爭PCR、PCR-DGGE、PCR-SSCP和巢式PCR等。

PCR通過對待測DNA片段的特異性擴增，一方面作為菌株定性鑒定的重要手段，同時也為定性和定量研究微生物的群落特征提供幫助。自PCR技術(shù)問世以來，通過其自身的不斷完善以及同其它相關(guān)技術(shù)的聯(lián)用，在污水生物處理微生物的檢測和鑒定方面得到了長足的發(fā)展，為該領(lǐng)域的研究提供了一個高效、靈敏、簡便的研究工具。應(yīng)用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction Denaturing Gradient Gel Electrphoreses)方法對環(huán)境微生物進行研究可以不經(jīng)過培養(yǎng)，直接從樣品中提取細菌的DNA，再將編碼有16SrDNA的基因進行擴增。通過這種方法能夠直接了解樣品中微生物分布結(jié)構(gòu)，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。王峰等采用PCR-DGGE技術(shù)來分析活性污泥與生物膜中微生物種群的結(jié)構(gòu)，可以不經(jīng)過常規(guī)培養(yǎng)而直接從活性污泥和生物膜樣品中提取DNA；Marsh等利用PCR-DGGE分析并獲得了活性污泥中真核微生物的種群變化情況；Nicolaisen等利用PCR-DGGE技術(shù)發(fā)現(xiàn)Nitrosomonas-like細菌是上流式好氧流化床顆粒污泥中的主要氨氧化菌。以上的事實均說明，PCR-DGGE結(jié)合測序技術(shù)是一種完全可行的適于環(huán)境樣品微生物研究的快速分析方法。

2.1.2 熒光原位雜交技術(shù)(FISH)技術(shù)在污水檢測中的應(yīng)用

熒光原位雜交技術(shù)(Fluorescence In Situ Hybridization，F(xiàn)ISH)結(jié)合了分子生物學(xué)的精確性和顯微鏡的可視性，能夠在自然的微生物環(huán)境中檢測和鑒定不同的微生物個體，并提供污水處理過程中微生物的數(shù)量、空間分布和原位生理學(xué)等信息。FISH技術(shù)的基本原理是通過熒光標記的探針在細胞內(nèi)與特異的互補核酸序列雜交，通過激發(fā)雜交探針的熒光來檢測信號從而對未知的核酸序列進行檢測。

Nielsen等(2001)對工業(yè)廢水處理廠活性污泥的細菌表面疏水性進行了原位檢測，并應(yīng)用FISH技術(shù)結(jié)合細胞表面微球體分析研究了絲狀細菌的胞外聚合物。Konuma等(2001)運用FISH法來測定氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria)的數(shù)量，結(jié)果表明，F(xiàn)ISH法對氨氮含量高的活性污泥混合液檢測結(jié)果較好，但對氨氮含量低的污水廠出水和河水的檢測效果不佳。表1列舉了FISH技術(shù)的一些應(yīng)用實例。

表1 FISH技術(shù)在廢水中微生物檢測的具體應(yīng)用實例

Table1 The applications of FISHin the microorganism detections in wastewater 應(yīng)用

檢測活化污泥反應(yīng)器中的Microthrix parvicella 在EBPR系統(tǒng)中,考察聚磷菌(PAOs)的微

生物特性和生化特性

探明廢水處理濕地生物膜中影響氨氧化的主要功能菌群

揭示UASB反應(yīng)器中高溫和中溫顆粒污泥的厭氧微生物群落的空間分布和多樣性 鑒定了活性污泥中硝化細菌群落的數(shù)量和空間分布

SBR反應(yīng)器內(nèi),不同電子受體條件下,反 硝化除磷菌(DNPAOs)的種群變化

文獻來源（Eberlet al.,1997)(Minoet al.,1998)(Silyn-Robertset al.,2001)(Sekiguchiet al.,2002;Syutsuboet al.,2001)(Coskuneret al.,2002)(Johuanet al.,2002)

2.1.3 DNA重組技術(shù)在污水檢測中的應(yīng)用

DNA重組技術(shù)的實質(zhì)是，將兩個或多個單獨的DNA片段連接起來產(chǎn)生一個能在特定宿主中自主復(fù)制的DNA分子。其基本程序是:外源DNA的獲得；選擇載體并進行處理；將目的DNA片段和處理后的載體連接；將連接產(chǎn)物導(dǎo)入合適的宿主細胞內(nèi)，使重組DNA分子在宿主細胞內(nèi)復(fù)制擴增；將轉(zhuǎn)化菌落在平板培養(yǎng)基上培養(yǎng)成單個菌落，篩選獲得含有重組DNA的陽性克隆。在廢水的處理過程中僅靠分離和篩選的功能性微生物是不夠的。在混合的微生物群體中篩選特定的微生物菌種時往往得不到預(yù)期的結(jié)果；特定的微生物可能難以培養(yǎng)，從而無法應(yīng)用到實際的生物反應(yīng)器中；人類排放到環(huán)境中的污染物越來越復(fù)雜且難以處理。因此，有必要通過基因工程技術(shù)并根據(jù)具體的需要構(gòu)建有效的基因工程菌或培育出可高效降解復(fù)雜多樣的有害污染物的細菌來解決以上的問題。

2.2 利用基因工程菌降解廢水中的有機污染物

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協(xié)同代謝或共代謝等復(fù)雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產(chǎn)物在不同降解菌間的跨膜轉(zhuǎn)運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經(jīng)濟的營養(yǎng)方式；其次,某些污染物的中間代謝產(chǎn)物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構(gòu)建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力。

Satoshi Soda等[11]將基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接種到SBR反應(yīng)器的活性污泥中,用于處理500mg/L的苯酚廢水,在大大提高苯酚去除率的同時改善了污泥沉降性能。南京大學(xué)、揚子石油化工有限責任公司、香港大學(xué)、國家環(huán)?？偩帜暇┉h(huán)境科學(xué)研究所聯(lián)合完成了跨界融合構(gòu)建基因工程菌處理石化廢水的生物工程技術(shù)。在優(yōu)化調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上,該菌株對二甲苯、苯甲酸、鄰苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和對苯二甲酸的降解率分別高達86%、94%、99%、97%和94%,比原工藝提高了20%～30%,總有機碳去除率達到了94%；污水經(jīng)過處理后,銅、錳、鋅、硒的濃度符合國家規(guī)定排放標準,生物毒性明顯降低。

劉春等以生活污水為共基質(zhì),考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應(yīng)器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結(jié)果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

呂萍萍等研究發(fā)現(xiàn)，克隆有苯降解過程中的關(guān)鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應(yīng)用于固定化細胞反應(yīng)器中效果突出。在較短的水力停留時間內(nèi),可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應(yīng)器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產(chǎn)物為環(huán)己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。

2.3 基因工程技術(shù)在處理重金屬廢水中的應(yīng)用

將基因工程技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水的治理，就是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將外援基因轉(zhuǎn)入到微生物細胞中進行表達，使之表現(xiàn)出一些野生菌沒有的優(yōu)良的遺傳性狀。2.3.1基因工程菌強化生物化學(xué)法處理重金屬廢水

生物化學(xué)法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學(xué)法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,重金屬離子和H2S反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO2-4轉(zhuǎn)化為S2-而使廢水的pH值升高,從而形成重金屬的氫氧化物而沉淀。中國科學(xué)院成都生物研究所從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內(nèi)分離篩選出35株菌株,從中獲得高效凈化Cr(VI)復(fù)合功能菌。

袁建軍等利用構(gòu)建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子,發(fā)現(xiàn)電解廢水中其他組分的存在可以增大重組菌富集汞離子的作用速率,且該基因工程菌能在很寬的pH范圍內(nèi)有效地富集汞。但高濃度的重金屬廢水對微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不過,可以通過遺傳工程、馴化或構(gòu)造出具有特殊功能的菌株,微生物處理重金屬廢水一定具有十分良好的應(yīng)用前景。2.3.2 基因工程強化生物絮凝法處理重金屬廢水

生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生物大分子，主要有蛋白質(zhì)、黏多糖、纖維素和核糖等。目前普遍接受的絮凝機理是離子鍵、氫鍵結(jié)合學(xué)說。前述硅酸鹽細菌處理重金屬廢水可能的機理之一就是生物絮凝作用。目前對于硅酸鹽細菌絮凝法的應(yīng)用研究已有很多[，有些已取得顯著成果[7]。運用基因工程技術(shù)，在菌體中表達金屬結(jié)合蛋白分離后，再固定到某些惰性載體表面，可獲得高富集容量絮凝劑。

Mehran Pazirandeh等人將含金屬結(jié)合肽(Cys．Gly．Cys—Cys．GIy)的基因與麥芽糖結(jié)合蛋白的基因進行融合，并將融合蛋白在E．coli細胞膜處表達，表達該融合蛋白的基因工程菌對人工合成廢水中Cdz+和H +的去除率有很大的提高，Cdz 和H +的富集能力分別達到每毫克濕細胞1．1和1．3nmol，而對照菌株(缺少金屬結(jié)合肽)的富集能力低于每毫克濕細胞0．1 nmol Masaaki Terashima 等利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使 E.coli表達麥芽糖結(jié)合蛋白（pmal）與人金屬硫蛋白（MT）的融合蛋白pmal-Ml并將純化的 pmal-MT 固定在Chitopeara 樹脂上，研究其對 Ca2+和 Ga2+的吸附特性，該固定了融合蛋白的樹脂具有較強的穩(wěn)定性，并且其吸附能力較純樹脂提高十倍以上。展望

自2000年，國際上提出基于系統(tǒng)生物學(xué)原理的基因工程概念后，基因工程被應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，并且手段日新月異。在環(huán)境領(lǐng)域當中，基因工程正迅速應(yīng)用到廢水檢測和廢水治理當中，培養(yǎng)出新的特效物種并進一步提高其應(yīng)用效率、降低應(yīng)用成本。隨著分子生物學(xué)技術(shù)、環(huán)境工程檢測技術(shù)的發(fā)展并結(jié)合我們已經(jīng)掌握的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能方面的知識,我們逐漸了解到污水生物處理系統(tǒng)中微生物群體的多樣性、實際生存狀態(tài)、功能特點,并更有效地對其加以開發(fā)和利用。此外，基因工程菌的出現(xiàn)，使以往的一些難降解有機廢水、制藥廢水、石油廢水、重金屬污染廢水以及其他有毒有害廢水等都得到了有效地治理，還會實現(xiàn)廢水資源化。當下引入DNA 擴增和其它生物技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測方法等將是基因工程技術(shù)研究的側(cè)重方向。

基因工程技術(shù)作為一種新興技術(shù)以極快的速度發(fā)展。以下兩方面的研究將對水資源保護有著重要意義。一是對基因工程菌的深入研究,如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調(diào)控條件的優(yōu)化等方面的研究；二是對環(huán)境中微生物的習性及基因工程菌與環(huán)境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結(jié)合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。參考文獻

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第二篇：基因工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用

基因工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用

摘要：生物技術(shù)發(fā)展日新月異，基因工程的應(yīng)用已經(jīng)滲透到工、農(nóng)、衣、國防和環(huán)保等各個領(lǐng)域，深刻影響著人類的生活和社會的進程；當然，基因工程技術(shù)在食品中的應(yīng)用也越來越廣泛。它具有從本質(zhì)上改變生物及食品性能的特性，因此越來越受到食品科技工作者的重視。本文闡述了基因工程的定義，詳細介紹了基因工程食品的由來，并介紹了基因工程在食品原料改良中的應(yīng)用；基因工程在食品發(fā)酵中的應(yīng)用；基因工程在農(nóng)副產(chǎn)品加工中的應(yīng)用，同時，展望了基因工程技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域中的美好發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：基因工程

食品工業(yè)

食品原料改良

食品發(fā)酵

農(nóng)副產(chǎn)品

Application of genetic engineering in food industry Abstr act: Changing biotechnology and genetic engineering applications have penetrated into industry, agriculture, national defense, clothing, and the environmental protection and other fields, and deeply influenced the process of human life and society;Genetic engineering application in the food, of course, also more and more widely.It has essentially changed biological and food performance characteristics, so more and more brought to the attention of the food science and technology workers.This paper expounds the definition of genetic engineering, gene engineering was introduced in detail the origin of the food, and introduces the application of genetic engineering in food raw material improvement;The application of genetic engineering in food fermentation;Genetic engineering application in the agricultural and sideline products processing, at the same time, discussed in the field of genetic engineering in food industry good development prospects.Key word: Genetic engineering

food industry

food raw material improvement

food fermentation

agricultural and sideline products

一、基因工程的定義

狹義：指用體外重組DNA技術(shù)去獲得新的重組基因；

廣義：指按人們意愿設(shè)計，通過改造基因或基因組而改變生物的遺傳特性。如用重組DNA技術(shù)，將外源基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中表達，使大腸桿菌能夠生產(chǎn)人所需要的產(chǎn)品；將外源基因轉(zhuǎn)入動物，構(gòu)建具有新遺傳特性的轉(zhuǎn)基因動物；用基因敲除手段，獲得有遺傳缺陷的動物等。

基因工程食品: 基因工程食品是指利用生物技術(shù)改良的動植物或微生物所制造或生產(chǎn)的食品、食品原料及食品添加劑等。它是針對某一或某些特性以突變、植入異源基因或改變基因表現(xiàn)等生物技術(shù)方式，進行遺傳因子的修飾，使動植物或微生物具備或增強此特性，進而降低生產(chǎn)成本，增加食品或食品原料的價值，例如增強抗病性、改變營養(yǎng)成分，加快生長速度、增強對環(huán)境的抗性等

二、基因工程的發(fā)展史 基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展基礎(chǔ)上于本世紀70年代誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。一般來說，基因工程是指在基因水平上的遺傳工程，它是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)--DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當?shù)墓ぞ呙高M行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源遺傳物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常復(fù)制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。

三、基因工程在食品原料改良中的應(yīng)用

（一)水化合物的改良

食品碳水化合物類食品方面利用基因工程來調(diào)節(jié)淀粉合成過程中特定酶的含量或幾種酶之間的比例，從而達到增加淀粉含量或獲得獨特性質(zhì)、品質(zhì)優(yōu)良的新型淀粉。例如：通過反義基因抑制淀粉分枝酶可獲得完全只含有直鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯。這樣油炸后的產(chǎn)品更具有馬鈴薯的風味，更好的構(gòu)質(zhì)，較低的吸油量和較少的油味。

(二)油脂的改良

目前，控制脂肪酸鏈長的幾個酶的基因和控制飽和度的一些酶的基因已被克隆成功，并用于研究改善脂肪的品質(zhì)。如通過導(dǎo)入硬脂酸-ACP 脫氫酶的反義基因，可使轉(zhuǎn)基因油菜 種子中硬脂酸的含量從 2%增加到 40%。而將硬脂酞 CoA 脫飽和酶基因?qū)胱魑锖?，可使轉(zhuǎn)基因作物中的飽和脂肪酸(軟脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不飽和脂 肪酸(油酸、亞油酸)的含量則明顯增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。除了改變 油脂分子的不飽和度外，基因工程技術(shù)在改良脂肪酸的鏈長上也取得了實效。事實上，高油酸含量的轉(zhuǎn)基因大豆及高月桂酸含量的轉(zhuǎn)基因油料作物芥花菜(Canola)在美國已經(jīng)成為商品化生產(chǎn)的基因工程油料作物品種。

(三)蛋白質(zhì)的改良

食品中動植物蛋白由于其含量不高或比例不恰當，可能導(dǎo)致蛋白營養(yǎng)不良。采用轉(zhuǎn)基因的方法，生產(chǎn)具有合理營養(yǎng)價值的食品，讓人們只需吃較少的食品，就可以滿足營養(yǎng)需求。例如，豆類植物中蛋氨酸的含量很低，但賴氨酸的含量很高；而谷類作物中的對應(yīng)氨基酸含量正好相反，通過基因工程技術(shù)，可將谷類植物慕岡導(dǎo)入豆類植物，開發(fā)蛋氨酸含量高的轉(zhuǎn)基因人豆。

（四）碳水化合物的改良

對碳水化合物的改進，只有通過對其酶的改變來調(diào)節(jié)其含量。高等植物體中涉及淀粉合成的酶類主要有: ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP-GPP)、淀粉合成酶(SS)和分支酶(BE)。通過反義基因抑制淀粉分支酶，可獲得完全只含直鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯。Monsanto公司開發(fā)了淀粉含量平均提高了20%-30%的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯。油炸后的產(chǎn)品更具馬鈴薯風味、且吸油量較低。

四、基因工程在食品發(fā)酵中的應(yīng)用

隨著食品工業(yè)的發(fā)展，對酶、蛋白質(zhì)、氨基酸、香精、甜味劑等原輔料的需求量大增，而這些原輔料傳統(tǒng)上靠動植物供應(yīng)，由于受氣候、季節(jié)、生長期等因素的影響，供應(yīng)鼉往往不能滿足需要。現(xiàn)在基因工程技術(shù)已能將許多酶、蛋白質(zhì)、氨基酸和香精以及其他多種物質(zhì)的基岡克隆入合適的微生物宿主細胞中利用細菌的快速繁殖來大量生產(chǎn)。例如將牛胃蛋白酶的基因克隆入微生物體內(nèi)，由細菌生產(chǎn)這種動物來源的酶類，將解決奶酪工業(yè)受制于凝乳酶來源不足的問題；從西非發(fā)現(xiàn)的由植物果實中提取的甜味蛋自質(zhì)(thaumatin)的DNA編碼序列已經(jīng)被克隆入細菌，以生產(chǎn)這種高效低熱量新型甜味劑等。下面重點介紹基因工程程在啤酒工業(yè)、乳品工業(yè)方面的應(yīng)用。

(一)啤酒工業(yè)

1、大麥的選育：

利用RF[，P(限制性片斷長度多樣性)技術(shù)對人麥進行抗病選育、Q一淀粉酶多基因族分析大麥醇溶蛋白的研究及品種鑒定。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源基因直接導(dǎo)入大麥，用于品種改良、抗蟲和抗病選育，人們期待著基因重組技術(shù)能產(chǎn)生耐枯斑病等病害的大麥品種。

2、啤酒稻的選育：

大米是啤酒釀造中使用最廣的輔料，但普通大米的用帚提高到30％以上時，麥汁中Q一氨基氮含量會不足而影響酵母的正常生長和發(fā)酵。利用基因轉(zhuǎn)移技術(shù)、細胞融合技術(shù)等選育高蛋白、低脂肪、低NSP(非淀粉多糖)的稻品種，專門用于啤酒釀造，進一步提高輔料比例，降低生產(chǎn)成本。

3、啤酒酵母的改造：

利用糧食替代晶釀造啤酒的首選原料是纖維素因為纖維素自然界存量最多的有機物，某些真菌如平菇、香菇、靈芝、紅曲霉等對纖維素有很強的分解能力，如果利用現(xiàn)代基因工程技術(shù)將這些真菌中控制纖維素酶，合成的基闐轉(zhuǎn)移到啤酒酵母中去，那么啤酒酵母就能利用纖維素釀造啤酒，改變傳統(tǒng)的啤酒生產(chǎn)中消耗大量的大麥和大米等糧食的局面。

(二)乳品工業(yè)

l、提高牛乳產(chǎn)量：

將采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的牛生長激素(BST)注射到母牛上，可提高母牛產(chǎn)奶量。目前利用DNA的克隆繁殖技術(shù)，把人垂體激素(ST)重組體互)陋UBST的mRNA中，利用外源BST來注射乳牛，可提高15％左右的產(chǎn)奶量，BST現(xiàn)已進入商業(yè)化領(lǐng)域。現(xiàn)在英、美等國都已采用BST來提高乳牛的產(chǎn)奶量，具有極大的經(jīng)濟效益，且對人體無害。

2、改善牛乳的成分：

利用13一半乳糖苷酶水解乳中的乳糖，對眾多乳糖不耐癥者是一個難得的好產(chǎn)品。可將編碼通過基因工程技術(shù)將B一半乳糖苷酶基因轉(zhuǎn)入GRAS級的微生物細胞作為宿主，在宿主調(diào)節(jié)基因的調(diào)控下，在發(fā)酵罐規(guī)模上生產(chǎn)表達有優(yōu)良特性的13一半乳糖營酶基因。此外，針對礦乳白蛋白的mRNA，用核酸編碼的轉(zhuǎn)基因，使與乳糖合成有關(guān)的a_乳白蛋白(是乳糖產(chǎn)生的催化物質(zhì))的基因被淘汰，以此達到降低乳中乳糖含量的目的。

五、基因工程在農(nóng)副產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

改良果蔬采收后品質(zhì)增加其貯藏保鮮性能 隨著對番茄、香蕉、蘋果、菠菜等果蔬成熟及軟化機理的深入研究和基因工程技術(shù)的迅 速發(fā)展，使通過基因工程的方法直接生產(chǎn)耐儲藏果蔬成為可能。事實上，現(xiàn)在無論在國外還 是國內(nèi)都已經(jīng)有了商品化的轉(zhuǎn)基因番茄。促進果實和器官衰老是乙烯最主要的生理功能。在 果實中乙烯生物合成的關(guān)鍵酶主要是乙烯的直接前體—l-氨基環(huán)丙烷一 1-梭酸合成酶(ACC 合成酶)和ACC 氧化酶。在果實成熟中這兩種酶的活力明顯增加，導(dǎo)致乙烯產(chǎn)生急劇上升，促進果實成熟。在對這兩種酶基因克隆成功的基礎(chǔ)上，可以利用反義基因技術(shù)抑制這兩種基 因的表達，從而達到延緩果實成熟，延長保質(zhì)期的目的。因此，利用反義基因技術(shù)可以成 功的培育耐儲藏果蔬。目前，有關(guān)的研究正在繼續(xù)進行，并已擴大到了草莓、梨、香蕉、芒 果、甜瓜、桃、西瓜、河套蜜瓜等，所用的目的基因還包括與細胞壁代謝有關(guān)的多聚半乳糖 醛酸酶(PG)、纖維素酶和果膠甲脂酶基因。反義PG 轉(zhuǎn)基因番茄還具有更強的抗機械損傷和 真菌侵染能力，且有更高的果醬產(chǎn)率。

（六）、展望

目前，包括我國政府在內(nèi)的各國政府對基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中的應(yīng)用都制定了相關(guān)的管理條例，因此只要合理地使用，基因工程技術(shù)將是發(fā)展綠色食品產(chǎn)業(yè)的有效手段?；蚬こ碳夹g(shù)是一門誕生不久的新興技術(shù)，正如其它一些新技術(shù)的產(chǎn)生過程一樣，由于人們一開始對新技術(shù)的了解程度不夠，由此而產(chǎn)生的疑慮和爭論是可以理解的，更何況基因工程技術(shù)研究的產(chǎn)品與人類健康息息相關(guān)。雖然現(xiàn)在對基因工程技術(shù)仍有許多爭論，但目前科學(xué)界已基本上達成共識，即基因工程本身是一門中性技術(shù)，只要能正確地使用該項技術(shù)就可以造福于人類可以預(yù)言，在2l世紀，以基因工程為核心的生物技術(shù)必將給食品工業(yè)帶來深刻的革命

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第三篇：基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

李孟 廖改霞

（武漢理工大學(xué)市政工程系，湖北 武漢 430070）

【摘要】基因工程技術(shù)是在DNA分子水平上按照人們的意愿進行的定向改造生物的新技術(shù)。利用基因工程技術(shù)提高微生物凈化環(huán)境的能力是用于廢水治理的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了基因工程技術(shù)的原理、特點和主要研究內(nèi)容，重點闡述了基因工程技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用,并對其研究方向作了展望。關(guān)鍵詞：基因工程 技術(shù) 廢水處理 應(yīng)用

The application of gene engineering technique to wastewater treatment

Li Meng

Liao Gaixia(Department of Municipal Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070)Abstract: Gene engineering technique was the new technique for modifying living beings according to human wishes on the DNA molecular level and the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The paper introduced the principle, characteristic, main research content of gene engineering technique, emphasized on formulating the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering

technique

wastewater treatment

application

利用基因工程技術(shù)提高微生物凈化污染物的能力是現(xiàn)代生物技術(shù)用于廢水治理的一項關(guān)鍵技術(shù)。20世紀50年代初,由于分子生物學(xué)和生物化學(xué)的發(fā)展,對生物細胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結(jié)構(gòu)和功能有了比較清晰的闡述。20世紀70年代初實現(xiàn)了DNA重組技術(shù),逐步形成了以基因工程為核心內(nèi)容,包括細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程的生物技術(shù)。這一技術(shù)發(fā)展到今天,正形成產(chǎn)業(yè)化并列為世界領(lǐng)先專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域之一,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源和國防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力,將為世界面臨的水污染等問題的解決提供廣闊的應(yīng)用前景[1]?；蚬こ碳夹g(shù)概述

基因工程技術(shù)是一種按照人們的構(gòu)思和設(shè)計,在體外將一種生物的個別基因插入病毒、質(zhì)粒或其他載體分子,構(gòu)成遺傳物質(zhì)的重組,然后導(dǎo)入到原先沒有這類分子的受體細胞內(nèi)，能持續(xù)穩(wěn)定地進行無性繁殖,使重組基因在受體細胞內(nèi)表達,產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)品的操作技術(shù)。基因工程技術(shù)是一項極為復(fù)雜的高新生物技術(shù),它具有高效、經(jīng)濟、清潔、低耗、可持續(xù)發(fā)展、預(yù)見性和準確性等特點[2]。一個完整的基因工程技術(shù)流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、目的基因與載體的連接、基因的轉(zhuǎn)移、陽性克隆的篩選、基因的表達、基因工程產(chǎn)品的分離提純等過程[1]?；蚬こ碳夹g(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

基因工程技術(shù)應(yīng)用于廢水處理是水處理領(lǐng)域一項具有廣泛應(yīng)用前景的新興技術(shù)。常規(guī)的廢水處理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的轉(zhuǎn)移，不能從根本上治理，且容易造成二次污染，成本也較高，生物法逐漸成為廢水處理的主要方法。但是由于廢水的多樣性及其成分的復(fù)雜性，自然進化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技術(shù)對這些菌株進行遺傳改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向獲得具有特殊降解性狀的高效菌株，方便有效地應(yīng)用于水污染處理。因此，構(gòu)建基因工程菌成為現(xiàn)代廢水處理技術(shù)的一個重要研究方向，且日益受到人們的重視。

2.1 利用基因工程菌富集廢水中的重金屬離子

近幾十年來,經(jīng)濟的高速發(fā)展導(dǎo)致各種有毒、有害金屬污染物,經(jīng)生產(chǎn)和使用過程中的各種渠道進入環(huán)境。高穩(wěn)定性和高脂溶性使其在環(huán)境中具有停留時間長、能沿著食物鏈富集等特點,嚴重威脅著人類的健康和生存。隨著國家對污染物排放標準的要求日益嚴格,單純使用傳統(tǒng)生物法處理這類重金屬廢水在適應(yīng)性和高效性等方面存在局限性。針對這一問題,一些新型生物處理技術(shù)應(yīng)運而生,其中利用基因工程菌代替普通微生物處理重金屬是近年來研究的熱點。此法采用生物工程技術(shù)將微生物細胞中參與富集的主導(dǎo)性基因?qū)敕敝沉姟⑦m應(yīng)性能佳的受體菌株內(nèi),大大提高了菌體對重金屬的適應(yīng)性和處理效率。

X.W.Zhao等[3]研究發(fā)現(xiàn),宿主菌在Hg2+濃度為1mg/L的LB培養(yǎng)液中生長嚴重受抑,而基因工程菌E.coliJM109在Hg2+濃度為7.4mg/L時仍能增殖,且Hg2+富集量為2.97mg/g(細胞干重),去除率達96%以上。

Carolina Sousa等[4]構(gòu)建了表達酵母金屬硫蛋白(CUP1)、哺乳動物金屬硫蛋白(HMT-1A)和外膜蛋白LamB的融合蛋白的基因工程菌E.coli,該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15～20倍。K.Kuroda[5]等在釀酒酵母細胞壁處的凝集素蛋白中表達了含His的寡肽,增強了酵母對Cu2+的抗性和吸附能力,其Cu2+富集能力比對比菌株提高了8倍多。

X.Deng等[6]構(gòu)建了同時表達鎳轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和金屬硫蛋白的基因重組菌E.coliJM10,將其用于處理含鎳廢水的試驗研究時,發(fā)現(xiàn)其對Ni2+的富集能力比原始宿主菌增加了6倍多。

趙肖為等[7]利用基因工程菌E.coli SE5000 對水體中的鎳離子進行富集研究。菌體細胞對Ni2+的富集速率很快,富集過程滿足Langmuir 等溫線模型。經(jīng)基因改造的基因工程菌不僅最大鎳富集容量與原始宿主菌相比增加了4倍多,而且對pH值的變化呈現(xiàn)出更強的適應(yīng)性。袁建軍等[8]利用構(gòu)建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子。模擬電解廢水中除含有3.0 mg·L-1的汞離子外, 還含有十種以上的其它金屬離子。實驗表明,與重組菌對只含汞離子的水溶液的處理結(jié)果比較, 電解廢水中其它組份的存在意外地增大了重組菌富集汞離子的作用速率, 但同時卻使細菌的最大汞富集量降低了約30%。

張迎明等[9]利用基因重組技術(shù)構(gòu)建出基因工程菌Staphylococcus aureusATCC6538，該工程菌在IPTG用量為1.00mmol·L-1,誘導(dǎo)時間為4 h的條件下培養(yǎng)對鎳離子的富集能力最高。在不同鎳離子濃度時,基因工程菌對溶液中Ni2+的平衡富集量為11.33mg·g-1,與原始宿主菌相比提高了3倍。對基因工程菌吸附鎳和鈷的實驗表明,Staphylococcus aureusATCC6538的NiCoT對鎳具有較高的特異性和富集容量,屬于第Ⅲ類鎳鈷轉(zhuǎn)運酶。

2.1 利用基因工程菌降解廢水中的有機污染物

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協(xié)同代謝或共代謝等復(fù)雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產(chǎn)物在不同降解菌間的跨膜轉(zhuǎn)運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經(jīng)濟的營養(yǎng)方式；其次,某些污染物的中間代謝產(chǎn)物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構(gòu)建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力[10]。

Satoshi Soda等[11]將基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接種到SBR反應(yīng)器的活性污泥中,用于處理500mg/L的苯酚廢水,在大大提高苯酚去除率的同時改善了污泥沉降性能。南京大學(xué)、揚子石油化工有限責任公司、香港大學(xué)、國家環(huán)?？偩帜暇┉h(huán)境科學(xué)研究所聯(lián)合完成了跨界融合構(gòu)建基因工程菌處理石化廢水的生物工程技術(shù)。在優(yōu)化調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上,該菌株對二甲苯、苯甲酸、鄰苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和對苯二甲酸的降解率分別高達86%、94%、99%、97%和94%,比原工藝提高了20%～30%,總有機碳去除率達到了94%；污水經(jīng)過處理后,銅、錳、鋅、硒的濃度符合國家規(guī)定排放標準,生物毒性明顯降低。

劉春等[12]以生活污水為共基質(zhì),考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應(yīng)器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結(jié)果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

陳俊等[13]采用跨界原生質(zhì)融合技術(shù),構(gòu)建基因工程特效菌Fhhh,實現(xiàn)廉價工業(yè)化生產(chǎn)Fhhh菌劑,在10m3/d精對苯二甲酸廢水處理實驗裝置中,容積負荷率達到3.0 kg/(L·d)以上,生物負荷率達到1.42d-1,出水水質(zhì)達到國家一類標準,與國內(nèi)外同類裝置相比,生物負荷率處于先進水平。

蔣建東等[14]采用同源重組法成功構(gòu)建了分別含1個和2個mpd 基因插入到rDNA位點且不帶入外源抗性的多功能農(nóng)藥降解基因工程菌株CDS2mpd和CDS22mpd?；蚬こ叹z傳穩(wěn)定,能同時降解甲基對硫磷和呋喃丹。甲基對硫磷水解酶(MPH)的比活在各生長時期均高于原始出發(fā)菌株,比活最高達6.22mu/μg。

劉智等[15]采用基因工程技術(shù)構(gòu)建出具有耐鹽、降解苯乙酸和水解甲基對硫磷的功能的基因工程菌H2pKT2MP和H2pBBR2MP,其中H2pBBR2MP水解酶活性與親本菌株甲基對硫磷降解菌(Pseudomonas putida)DLL2E4相當,而H2pKT2MP水解酶活性要提高1倍左右。

呂萍萍等[16]研究發(fā)現(xiàn)，克隆有苯降解過程中的關(guān)鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應(yīng)用于固定化細胞反應(yīng)器中效果突出。在較短的水力停留時間內(nèi),可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應(yīng)器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產(chǎn)物為環(huán)己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。展望

隨著基因工程菌的出現(xiàn),基因工程技術(shù)將不斷應(yīng)用于更多的廢水治理工程中。培養(yǎng)出新的特效物種并進一步提高其應(yīng)用效率、降低應(yīng)用成本；運用各種相關(guān)技術(shù)加以優(yōu)化組合,尤其是高效、低能耗、易普及的特種微生物與特殊工藝的最佳結(jié)合；加強不同專業(yè)、不同學(xué)科之間的合作,如將毒理學(xué)和微生物學(xué)和環(huán)境工程學(xué)相結(jié)合；從根本上消除污染源,充分協(xié)調(diào)人與自然之間的關(guān)系,充分實現(xiàn)廢水資源化,引入DNA 擴增和其它生物技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測方法等將是基因工程技術(shù)研究的側(cè)重方向?；蚬こ碳夹g(shù)作為一種新興技術(shù)以極快的速度發(fā)展。以下兩方面的研究將對水資源保護有著重要意義。一是對基因工程菌的深入研究,如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調(diào)控條件的優(yōu)化等方面的研究；二是對環(huán)境中微生物的習性及基因工程菌與環(huán)境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結(jié)合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。

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2003,23(1)：12-15

第四篇：基因工程及其應(yīng)用說課稿

《基因工程及其應(yīng)用》說課稿

一、說教材

1．教材的地位和作用

《基因工程及其應(yīng)用》是人教版生物必修2第六章第二節(jié)內(nèi)容。本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容是在學(xué)生對基因有一定的理解的基礎(chǔ)上，引入基因工程，讓學(xué)生了解基因工程在生活中的運用，激發(fā)學(xué)生的求知欲。在教學(xué)內(nèi)容的組織上體現(xiàn)了學(xué)科內(nèi)在邏輯性與學(xué)生認識規(guī)律的統(tǒng)一。這一節(jié)主要講述了基因工程的原理、基因工程 的應(yīng)用以及轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性三個 方面的內(nèi)容。基因工程的原理既是學(xué)生進入高中以來第一次接 觸到的生物工程方面的內(nèi)容。為了避免與《現(xiàn)代生物科 技專題》模塊中基因工程的內(nèi)容重復(fù)，教材沒有過 多地展開介紹。其地位更是由《課程標準》上的了解層次上升為 《考試說明》上的理解層次，其重要性顯而易見。

2.教學(xué)目標

根據(jù)本教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析，結(jié)合著學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)及其心理特征，我制定了以下的教學(xué)目標：

(1)、知識目標：掌握基因工程的概念、原理及安全性問題；基因操作的工具及其操作過程。

(2)、能力目標：培養(yǎng)學(xué)生分析、推理、歸納、總結(jié)的能力。

(3)、情感目標：培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，從微觀到宏觀，從現(xiàn)象到本質(zhì)的科學(xué)的研究方法；培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶W(xué)習態(tài)度和思維習慣。

3.說教學(xué)的重、難點

本著高二新課程標準和考試大綱，在吃透教材基礎(chǔ)上，我確定了以下教學(xué)重點和難點(1)、教學(xué)重點

基因工程的基本原理及安全性問題、基因操作的工具，基本步驟及其應(yīng)用。(2)、教學(xué)難點

基因工程的基本原理，基因工程的應(yīng)用及其安全性。

4.課程資源的開發(fā)及有機整合：本節(jié)課安排2課時，應(yīng)當充分利用學(xué)生已有的知識經(jīng)驗和網(wǎng)絡(luò)條件學(xué)習本課知識。

二、說學(xué)法：本節(jié)課的授課對象是高二的學(xué)生，此年齡段的學(xué)生求知欲望強，因為本節(jié)知識難度不是很大，學(xué)生將通過多種途徑，如：觀察、閱讀、思考、分析、討論、實踐等等，來開展學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習和自主學(xué)習，形成以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。

三、說教法

圍繞本節(jié)課的教學(xué)目標、教學(xué)重點和學(xué)生情況的分析，采用了觀察法、演示法、討論法、實踐法等多種教學(xué)方法，積極創(chuàng)設(shè)一個可以讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中，去主動探求知識的過程。在教學(xué)過程中，開展師生互動、生生互動，體現(xiàn)出以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的主動探究式教學(xué)理念。

四、說教學(xué)過程

在這節(jié)課的教學(xué)過程中，我注重突出重點，條理清晰，緊湊合理。各項活動的安排也注重互動、交流，最大限度的調(diào)動學(xué)生參與課堂的積極性、主動性。

1、導(dǎo)入新課： 提問：各種生物間的性狀千差萬別這是為什么呢?

引導(dǎo)：生物體的不同性狀是通過基因特異性表達而形成的。

列舉：幾種生物的不同性狀：蠶吐出絲；豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣；青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素——青霉素。

提問：人類能不能改造性狀？能不能使本身沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢？ 引導(dǎo)：讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮氣；能否讓細菌“吐出”蠶絲；讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物。（這種設(shè)想能實現(xiàn)嗎？）定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。

2、講授新課：（1）基因工程的原理

指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P102頁第二段，通過提問的方式指導(dǎo)學(xué)生找出概念中的關(guān)鍵詞語，并讓學(xué)生理解基因工程概念，引導(dǎo)學(xué)生獨立完成。最后歸納列表，便于學(xué)生的記憶。概念：在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出所需要的基因產(chǎn)物。（2）基因操作的工具

利用多媒體課件演示抗蟲棉培育過程示意圖，同時提出討論問題，進行分組討論，最后交流討論結(jié)果，教師進行歸納總結(jié)。

思考：在以上的基因工程培育的過程中，關(guān)鍵步驟或難點是什么？

引導(dǎo)：關(guān)鍵步驟的完成過程中都要用到基因操作工具，并使學(xué)生形象地記憶“工具”的作用。A基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）。

要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性未端 B基因的針線——DNA連接酶

用DNA連接酶連接兩個相同的黏性未端要連接幾個磷酸二酯鍵？

限制酶切一個特定基因要切斷幾個磷酸二酯鍵？ C基困的運輸工具——運載體

大家一起思考下這些工具到底怎樣操作才能完成基因工程的過程呢？ 思考題： 簡要歸納基因工程操作的基本步驟和大致過程。

啟發(fā)學(xué)生思考：想像科學(xué)家在分子水平上進行這一操作的精確性。

(3)基因工程的應(yīng)用。

學(xué)生閱讀教科書P.104的內(nèi)容。教師總結(jié)，并從具體事例引入關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品安全性的爭議，啟發(fā)學(xué)生對其安全性問題進行討論。

3、課堂小結(jié)，強化認識。

復(fù)習基因工程操作的基本步驟和重要工具，完成課后習題

4、板書設(shè)計 基因工程操作的基本步驟： 剪切→拼接→導(dǎo)入→表達

結(jié)束語：

本節(jié)課設(shè)置了一系列問題情境，層層設(shè)問，在學(xué)生答問、質(zhì)疑、討論過程中讓學(xué)生建構(gòu)新概念和新的知識體系，并通過教師及時掌握反饋信息，適時點撥、調(diào)節(jié)，讓學(xué)生在推理判斷中培養(yǎng)良好的思維習慣和對知識的遷移能力，而且通過留出一定的時間讓學(xué)生提問，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的思想。我的說課完畢，謝謝大家。

第五篇：淺談現(xiàn)代基因工程及其應(yīng)用

淺談現(xiàn)代基因工程及其應(yīng)用

目錄

摘要..................................................................................................................................................1

一、基因工程的含義.......................................................................................................................2

二、現(xiàn)代基因工程的應(yīng)用及對現(xiàn)代生活所產(chǎn)生的影響...............................................................2

1、在工業(yè)中的應(yīng)用.................................................................................................................3

2、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用.................................................................................................................3

3、在醫(yī)藥衛(wèi)生中的應(yīng)用.........................................................................................................3

4、在環(huán)境保護中的應(yīng)用.........................................................................................................4

三、基因工程引發(fā)的爭議及解決對策...........................................................................................4

四、結(jié)語...........................................................................................................................................5 參考文獻...........................................................................................................................................5

摘要

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，基因工程應(yīng)用在各個領(lǐng)域，顯示著不可估量的發(fā)展前景。任何科學(xué)技術(shù)都是一把“雙刃劍”，基因工程也不例外，如何趨利避害，成為了社會各界爭議和討論的熱點。

關(guān)鍵詞：基因工程； 應(yīng)用； 轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品； 法律制度；

Abstract With the rapid development of science and technology, gene engineering application in various fields, show the immeasurable development prospects.Any science and technology is a “double-edged sword”, genetic engineering is not exceptional also, how to avoid disadvantages, became the focus of controversy and discussion from all walks of life.key words：genetic engineering;Application;Genetically modified products;The legal system;

一、基因工程的含義：“種瓜得瓜，種豆得豆；龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞。”眾所周知，基因是造成這些遺傳規(guī)律的幕后功臣?；蚴荄NA分子上具有遺傳功能的片段，它控制生物的代謝和發(fā)育，并把遺傳信息傳遞給下一代?；蚬こ逃址Q基因操作、基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，特別是運用DNA 重組技術(shù)，將生物基因組的結(jié)構(gòu)或組成在體內(nèi)或者體外進行人為修飾、改造或重新組合，然后通過載體把新的DNA分子轉(zhuǎn)入另一種生物的細胞中，以改變生物原有的遺傳特性，從而獲得目的基因產(chǎn)物或新的生物種類?；蚬こ檀蚱瞥Ｒ?guī)，把不同種類生物的基因組合到一起，形成新的生物類型，實現(xiàn)了人類長期以來渴望定向改變生物性狀，培育新物種的愿望。

二、現(xiàn)代基因工程的應(yīng)用及對現(xiàn)代生活所產(chǎn)生的影響：基因工程自20世紀70年代初誕生以來，發(fā)展突飛猛進。它可以按照人們的主觀愿望直接控制基因，打破了不同物種間在億萬年中形成的天然屏障。人們可以將一些不同種類生物的基因組合到一起，創(chuàng)造出自然界中并不存在的新生物類型?；蚬こ谈黜椉夹g(shù)的應(yīng)用，使生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的變化，在工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等各方面都有著不可限量的發(fā)展前景。

[1]

1、在工業(yè)中的應(yīng)用：基因工程在工業(yè)上的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)上?；蚬こ讨扑?開創(chuàng)了制藥工業(yè)的新紀元，解決了許多疾病問題，基因工程可以生產(chǎn)出大量廉價優(yōu)質(zhì)的新藥物、抗病毒疫苗和診斷試劑，基因工程生產(chǎn)出的藥物為治療各種疾病提供了有效的手段。在食品工業(yè)上，提高了人們對食品中微量元素的吸收和農(nóng)作物抗病蟲害的性能；生產(chǎn)食品酶試劑；改良了食品工業(yè)用菌數(shù)及其性能和食品加工性能；用來生產(chǎn)保健品和特殊食品。基因工程是工業(yè)發(fā)展進程中不可或缺的一部分，起著巨大的作用。

2、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用：培育優(yōu)良品種是農(nóng)作物穩(wěn)定增產(chǎn)的重要因素，利用基因工程可以將帶有作物優(yōu)良性狀的基因“裁剪下來，拼接起來”，植入受體的細胞中，使受體作物具有優(yōu)良性狀，成為優(yōu)質(zhì)作物新品種。[2]基因工程培育出了能防蟲害和防腐爛的作物，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量。

[3]一些小麥和大豆通過轉(zhuǎn)基因，具有了抗化學(xué)除草劑的特性；給水稻添加基因，生產(chǎn)人體需要的β-胡蘿卜素；從耐鹽植物中成功克隆出耐鹽的基因，為鹽堿地利用和海水灌溉提供了依據(jù)?；蚬こ逃N有著目的性強、速度快、產(chǎn)量高、質(zhì)量優(yōu)和遺傳性穩(wěn)定等特點，它定向改造生物性狀，將引發(fā)一次新的農(nóng)業(yè)革命。

3、在醫(yī)藥衛(wèi)生中的應(yīng)用：利用基因工程技術(shù)，我們可以生產(chǎn)自然界中難以得到的蛋白質(zhì)。1982年，首例基因工程產(chǎn)品-人胰島素投放市場，為人類的健康帶來了福音。之后，出現(xiàn)了更多的基因工程產(chǎn)品和蛋白質(zhì)藥物，如人生長激素、干擾素、白細胞介素-

2、乙肝疫苗等，令患者看到了生的希望。1999年，中國第一頭攜帶人血清蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛被培育出來。利用基因工程技術(shù)，科學(xué)家還從轉(zhuǎn)基因羊奶中提取出了一種治療心臟病的藥物tPA?；蚬こ碳夹g(shù)為人類的健康長壽做出了巨大貢獻。

4、在環(huán)境保護中的應(yīng)用：基因工程還被應(yīng)用到環(huán)境保護中，基因工程成為變廢為寶，除害興利的重要技術(shù)手段。利用轉(zhuǎn)基因微生物，可以吸收環(huán)境中的重金屬，降解有毒有害化合物，處理工業(yè)廢水；

[4]科學(xué)家把不同的降解基因轉(zhuǎn)移到同一菌株中，創(chuàng)造出具有多種降解能力的“超級微生物”-“超級細菌”，可以降解各種工業(yè)污染物；通過基因工程培育對貴重金屬具有親和力的菌株，可用來回收貴重金屬；培養(yǎng)具有浸礦能力的細菌來開采銅礦和鈾礦等不久也將成為現(xiàn)實。

三、基因工程引發(fā)的爭議及解決對策：自20世紀后半期，伴隨著基因工程出現(xiàn)的生物技術(shù)，為解決人類面臨的疾病、災(zāi)害和饑餓等提供了有力的幫助。但生物技術(shù)的發(fā)展并非總是樂觀的，自身的潛在危險和不可預(yù)料的結(jié)局，引起了頗多的爭議。轉(zhuǎn)基因技術(shù)同其他科學(xué)技術(shù)一樣,閃爍著科技“雙刃劍”的光芒，在給人類社會帶來福利的同時,也引發(fā)了社會對其涉及的經(jīng)濟、政治、法律、環(huán)境、健康和倫理道德等問題的廣泛關(guān)注和爭議。人們目前已經(jīng)認識到轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的失控和濫用,可能會給人類賴以生存和發(fā)展的自然生態(tài)環(huán)境造成災(zāi)難性的后果。中國作為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的生產(chǎn)大國之一,更應(yīng)趨利避害，廣泛借鑒國外先進的管理經(jīng)驗,既不能像有些國家那樣對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品拒不接受,又要使之在科學(xué)規(guī)范的軌道上得到有效的控制,有序的發(fā)展。因此，建立和完善中國轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品法律制度,具有深遠的歷史意義和現(xiàn)[5]實意義,對我國轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展起著重要的保障作用。解決基因工程所引發(fā)的問題，需要從以下幾個方面做到：完善轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品生物安全監(jiān)督的管理體制；完善轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的“標識制度”；完善轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品生物安全評價體系；完善進口轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全審批制度；

[6][7]完善我國轉(zhuǎn)基因的法律制度：1)完善我國轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品法律法規(guī)體系；2)建立轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品風險評估技術(shù)體系的立法；3)立法改良安全性檢測的措施。

四、結(jié)語：從古至今，人們對于事物的爭議都是不可避免的。只要我們努力趨利避害，科學(xué)技術(shù)總會朝著人們期望的的方向繼續(xù)發(fā)展，我相信，在不久的將來，基因工程技術(shù)將幫助解決更多阻礙人類發(fā)展的食物、安全、健康、醫(yī)藥、能源、環(huán)境保護等問題，最終推動全世界人類的發(fā)展。

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